水轮机期末试卷

2005-2006学年第二学期水轮机期末试卷

（热能与动力工程专业03级）

班级学号姓名成绩

一、名词解释：（20分，每小题4分）

1、水轮机基本方程（写出公式）

2、水轮机效率

3、HL220—LJ—550

4、水轮机单位转速n11

5、盘车

二、判断题：（10分，每小题1分）

1、相似工况的原型水轮机效率总是大于模型水轮机效率。（）

2、蜗壳同一圆断面上应力最高点发生在离座环最远点处。（）

3、不同比转速的水轮机在偏离最优水头时效率下降的快慢程度不同，对于反击式水轮机，高ns水轮机在偏离最优水头时效率下降比低ns水轮机慢。( )

4、轴流式水轮机导叶相对高度（b0/D1）随水头的提高而增大。（）

5、轴流转桨式水轮机保持协联关系时的单位飞逸转速较不保持协联关系时的单位飞逸转速大。( )

6、高比转速轴流式水轮机转轮出口的相对动能V22/(2gh)比较大( )

7、水轮机的装置空化系数越大，水轮机越不容易发生汽蚀( )

8、水轮机的比转速越大，导叶的相对高度越小( )

9、低比转速混流式转轮有D1>D2，高比转速混流式转轮有D1

10、混流式水轮机在部分负荷时尾水管内压力脉动比满负荷时尾水管内压力脉动大（）。

三、填空题（20分，每小题2分）

1、关于蜗壳内的水流运动规律，有两种假设，是和。

2、按水流流经导叶时的流动特点，导水机构分为三种：、和。

3、目前认为，空蚀对金属表面的破坏有、、和三种。

4、衡量水轮机性能好坏有两个重要参数，一个是，另一个是。

5、两个水轮机的液流如果是力学相似时，必需具备三个条件：

、、和。

6、在反击式水轮机中，水轮机的应用水头范围最为广泛，水轮机应用水头较低，常用于潮汐电站。

7、以为纵、横坐标轴的特性曲线称为水轮机的模型综合特性曲线，以为纵、横坐标轴的特性曲线称为水轮机的运转综合特性曲线。

8、混流式水轮机的转轮由、、组成。

9、在反击式模型水轮机能量试验中，试验的主要目的是确定，主要测量的参数有、、和测量；

10、混流式水轮机引水室包括、、。

四、计算题（20分，每小题10分）

1、已知ZZ440-LH-330型水轮机轮毂比dB/D1=0.5，导叶相对高度b0/D1=0.375，导叶出口水流角α0=50o，设计水头Hr=33.73m，设计工况下单位转速n11=120转/分，单位流量Q11=900升/秒，试求D=2.64m的圆柱层上转轮进口的速度绝对速度V1、相对速度W1和角度相对速度与圆周速度的夹度β1（不计叶片排挤，并设轴面水流均匀分布，导叶出口至转轮进口流动无撞击）。

2、已知模型混流式水轮机的转轮直径米，试验水头米，模型机组在最优工况下的转速r/min，流量m3/s,试求：

(1)原型机组直径米和水头米，在相似工况下的转速和流量；

(2)根据给定的直径决定最优工况的单位参数；

(3)已知模型水轮机在最优工况时的效率为0.90，求原型水轮机在最优工况时的效率。

五、问答题（30分，每小题15分）

1、混流式尾水管的作用？（要求说明三种情况：没有尾水管、圆柱形尾水管、直锥形尾水管，并推导出回收能量的形式和多少）（15分）。

2、混流式水轮机和水斗式水轮机的基本结构各有哪些主要部件？其模型综合特性曲线各有什么特征？（15分）

水轮机的选型设计说明

水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷

水轮机调节

1、水轮机调节的基本任务是什么？与其它调节系统相比，水轮机调节有哪些特点？ 基本任务：根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组转速(频率)在规定的范围内。这就是水轮机调节的基本任务。 水轮机调节的特点： (1)水轮发电机组是把水能变成电能的机械，而水能要受自然条件的限制，单位水体 小所带有的能量较小，与其他原动机相比，要发出相同的电功率就需要通过较大的流量，因 而水轮机及其导水机构也相应较大。 (2)水电站受自然条件的限制，常有较长的压力引水管道。 (3)有些水轮机具有双重调节机构。 (4)随着电力系统的扩大和自动化程度的提高，要求水轮机调速器具有越来越多的自动操作和自动控制功能。 总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，结构复杂，要求具有较强的功能。 2、什么是调速系统的转速死区？其对调节性能有何影响？ 转速死区：在调速系统的转速上升和下降静态特性曲线中，相同开度下的转速之差与额定转度之比。 对调节性能的影响：转速死区使调节系统频率调节质量降低，使机组负荷分配误差增大，对调节系统稳定性也不利。 5、什么是调节保证计算？ 在设计阶段就计算出甩负荷过渡过程中的最大转速上升值及最大压力上升值，以判断甩负荷过程中的压力和转速是否超过允许值，工程上把这种计算称为调节保证计算。 6、什么是直接水击、间接水击？什么是水击相长？ 直接水击：阀门（导叶）的关闭（开启）时间Ts ’

水轮机的选型计算

一、水轮机选型计算的依据及其基本要求.....................................................................1 1 水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据.................................1 2 水轮机选型计算应满足下述基本要求......................................................1 二、反击式水轮机基本参数的选择计算..................................................................1 1 根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号.................................1 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数.................................1 3 效率修正..........................................................................................4 4 检查所选水轮机工作范围的合理性.........................................................4 5 飞逸转速计算....................................................................................5 6 轴向推力计算....................................................................................5 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算......................................................10 1 水轮机流量.......................................................................................10 2 射流直径d 0.......................................................................................10 3 确定D1/d 0.......................................................................................10 4 水轮机转速n ....................................................................................10 5 功率与效率................................................................................................11 6 飞逸转速..........................................................................................12 7 水轮机的水平中心线至尾水位距离A ......................................................12 8 喷嘴数Z 0的确定....................................................................................12 9 水斗数目Z1的确定.................................................................................12 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系...................................................13 11 引水管、导水肘管及其曲率半径.........................................................13 12 转轮室的尺寸..............................................................................14 A 水机流量..........................................................................................17 B 射流直径.............................................................................................17 C 水斗宽度的选择..........................................................................................17 D D/B 的选择.............................................................................................17 E 水轮机转速的选择.......................................................................................17 F 单位流量的计算..........................................................................................17 G 水轮机效率................................................................................................18 H 飞逸转速................................................................................................18 I 转轮重量的计算..........................................................................................18 四、调速器的选择.............................................................................................20 1 反击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 2 冲击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 五、阀门型号、大小的选择.................................................................................21 1 球阀的选择................................................................................................21 2 蝴蝶阀的选择 (22) 目 录

基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计

基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计２０１０．№ｌ １引言 基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计 陈亮亮１，张江滨２ （Ｌ中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安７１００６５； ２．西安理工大学水利水电学院，西安７１００４８） ［摘要］水轮机调节系统是一类典型的非最小相位系统，为抑制其右半复平面零点所造成的负调，提出一种采用极点镜像映射法的ＩＭＣ．ＰＩＤ控制和模糊逻辑设定值加权的混合策略。采用内模控制极点映射方法设计ＰＩＤ控制器，能够降低不稳定零点带来的负调；引入的模糊逻辑设定值加权系数可以在线修正控制器的比例增益，．从结构上有效抑制负调产生。仿真结果表明，该控制器对水轮机调节系统具有良好的控制效果。［关键词］水轮机调节系统；内模控制；仿真研究 ［中图分类号】ＴＫ７３０．４＋ｌ【文献标识码】Ａ【文章编号］１０００．３９８３（２０１０）０１－００６０－０５ ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＨｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅＲｅｇｕｌａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＩｎｔｅｒｎａｌＭｏｄｅｌＣｏｎｔｒｏｌ ＣＨＥＮＬｉａｎｇ－ｆｉａｎ９１。ＺＨＡＮＧＪｉａｎｇ．ｂｉｎ‘ （１．ＨｙｄｒｏｃｈｉｎａＸｉｂｅｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｌｌ７１００６５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉ’ａｌｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴ＆ｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓａｔｙｐｉｃａｌｎｏｎ－ｍｉｎｉｍｕｍｐｈａｓｅｓｙｓｔｅｍ，ｆｏｒｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔｃａｕｓｅｄｂｙｚｅｒｏｓｉｎｔｈｅｒｉｇｈｔ．ｈａｌｆｐｌａｎｅ．ａＩＭＣ－ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｅｔ－ｐｏｉｎｔｗｅｉｇｈｔｍｉｘｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｈａｓｂｅｅｎａｄｖａｎｃｅｄ．，ｒＩｌｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｐｏｌｅｍａｐｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ，ａｎｄｔｈｅｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｅｔ—ｐｏｉｎｔｗｅｉｇｈｔｆａｃｔｏｒｔｈａｔｃａｌｌｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｇａｉｎ．ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ．１１ｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｍａｋｅｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｓｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙ 水轮机调节系统由于水流惯性的存在，使整个系统成为一个典型的只有右半复平面零点的非最小相位系统【ｌｊ。从控制原理知道，右半复平面的正零点属于不稳定零点，由此产生的负调现象是系统控制所不希望的。 针对水轮机调节系统一类的非最小相位特点，很多学者进行过研究。基于经典控制理论的设计大都局限于线性控制器，难以同时抑制负调、超调和调整响应时间；而基于智能控制的设计方法【２】虽然也得到了研究，却因为自身的复杂性而使得实际的操作难度倍增；近年来，以预测算法、模型参考等为基础的控制方法［３－５１有了长足的发展，其中更是以内模控制【６’７】受到了大家的广泛关注。 以内模控制极点镜像映射的方法为基础，针对水轮机调节系统的非最小相位特点设计ＰＩＤ控制器，从而通过参数整定有效的抑制负调；并结合模糊控制技术对控制器的设定值进行加权，从系统结构上抑制负调的产生。理论分析和仿真结果均验证了该混合策略的有效性。 ２问题描述 目前，工业控制系统使用最为广泛的仍然是结构简单的经典ＰＩＤ控制。虽然有学者进行过基于内模控制的设计【８】，而且也取得了不错的效果。但是，将内模控制和ＰＩＤ控制的优点结合起来，才会更有实用价值，所以本文采用基于内模控制的ＰＩＤ设计方法。 内模控制器的传统设计方法很难满足非最小相位系统的需要，而水轮机调节系统正是一个典型的非最小相位系统，所以需要重新定义设计公式，故本文采用极点镜像映射法设计系统控制器。 根据经典ＰＩＤ设计方法，引入设定值加权系数１９】后，系统得以从结构上抑制负调的产生。但此系数的大小会影响系统响应的快速性，所以需要在系统响应过程中动态计算该值的大小。 万方数据

尾水管的作用

一、尾水管的作用 尾水管是反击式水轮机所特有部件，冲击式水轮机无尾水管。尾水管的性能直接影响到水轮机的效率和稳定性，一般水轮机中均选用经过试验和实践证明性能良好的尾水管。 反击式水轮机尾水管作用如下： 1．将转轮出口处的水流引向下游； 2．利用下游水面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空； 3．利用转轮出口的水流动能，将其转换成为转轮出口处的动力真空。 图5-69表示三种不同的水轮机装置情况：没有尾水管；具有圆柱形尾水管；具有扩散形尾水管。图5-69在三种情况下，转轮所能利用的水流能量均可用下式表示 ) 2()(2 2221g V g P g P H E E E a d +-+=-=?ρρ （5-38） 式中E ?——转轮前后单位水流的能量差； d H ——转轮进口处的静水头； a P ——大气压力； 2P ——转轮出口处压力； 2V ——转轮出口处水流速度。

在三种情况下，由于转轮出口处的压力2P 及2V 不同，从而引起使转轮前后能量差的变化。 图 5-69 尾水管的作用 1．没有尾水管时如图5-69)(a 。转轮出口g P g P a ρρ=2 代入式（5-38）得 g V H E d 22 2- ='? （5-39） 式（5-39）说明，当没有尾水管时，转轮只利用了电站总水头中的d H 部分， 转轮后至下游水面高差s H 没有利用，同时损失掉转轮出口水流的全部功能g V 22 2。 2．具有圆柱形尾水管时如图5-69)(b 。为了求得转轮出口处的压力g P ρ2 ，列出转轮出口断面2及尾水管出口断面5的伯努利方程 ω ρρh g V h g P g V g P H h a s ++???? ??+=+++2222222 (5-40) 式中ωh ——尾水管内的水头损失。

水轮机型号选择

.水轮机型号选择 水电站水头变化：上游最大—下游最小=校核洪水位—下游正常尾水位 上游最小—下游最大=死水位—校核洪水位 在水轮机系列型谱表3-3和3-4，查出合适的机型有HL240 水轮机HL240型水轮机方案的主要参数选择 （1）转轮直径1D 计算 查水轮机型谱表可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量10'Q =1240L/S=1.243m /s,效率m η=90.4%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量'1m Q =' 1Q =1.243m /s ，效率η=90.4%，水轮机的额定出力 r N =AQH=8.5×37×(447—404.6）=13334.8kw （其中A 一般取6.5-8.5，Q 为发电流量，H 为上游正常高水位-下游正常尾水位） 由于采用坝后式，H r =0.95H v a =0.95× 244.5812.1+=26.923 （H av =28.34m) ,上述的'1Q 、η和r N =13334.8KW 、r H =26.923m 代入式1D = η r r r H H Q N 1'81.9=2.95m 选用与之接近而偏大的标称直径1D =2.95m （2）转速n 的计算 查水轮机型谱表可得HL240水轮机在最优工况下单位转速' 10n =72.0r/min ，初步假定 '10m n ='10n =72.0r/min,将已知的'10n 和av H =28.34m ，1D =2.95m 代入式n=av H D 1 '1n = 2.9528.3472?=129.93r/min ，选用与之接近而偏大的同步转速n=214.3r/min. （3）效率及单位参数修正 HL240型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为max M η=92.0%，模型转轮直径为1M D =0.46m ，可得原型效率： max η=95.0% 则效率修正值为η =95.0%-92.0%=3.0%. 考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的η?值中再减去一个修正值ξ。先取ξ=1.0%，则可得效率修正值为η?=2.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为： max η=max M η+η?=92.0%+2.0%=94.0%

水轮机调节复习资料

1.配压阀结构型式：通流式和断流式。 2.根据连接范围不同，总线分为片级总线，系统总线，外总线。 3.总线信号线分为数据线，地址线，控制线，电源线和地线，备用线 4.水轮机调速器分类按元件结构不同分为机械液压型电气液压型。按调节规律不同分为PI 和PID ;按反馈位置分为 辅助接力器和中间接力器和电子调节器型；按施行结构的数目分为单调节和双调节；按工作容量可分为大，中，小型。 5.调节设备一般包括调速柜，接力器，油压装置， 6.压油槽根据工作的情况，油的容积可分为保证正常压力所需的容积，工作容积，事故关闭容积，贮备容积。 补充： 1.PID控制算法有哪些：按算法不同分为位置型和增量型。 2. 负荷的类型：根据性质不同分1功率与频率没有直接关系的负载，2成正比的负载，3成平方关系的负载，4成三次方关系的负载，5成更高次方关系的负载； 3. 油压装置的组成：压力油罐，回油箱，带电动机的油泵，补气装置。 4.负载功率与电压关系：1与电压关系甚微的负载，2与电压平方成反比变化的负载，3成正比的负载。 5.接力器按工作原理分：双向作用和差动作用。 6.水轮机调节系统运行工况：1，单机带负荷工况，2空载工况，3并列带负荷工况。 二名词解释： 1.。.转速死区：当机组转速超过N1时调速器关闭导叶，而当机组转速低于N2时调速器才开启导叶，当转速在N1和N2之间时，调速器不动作，称为转速死区。 2. 总线：计算机系统内部各独立模块之间传递各种信息的渠道，它将功能相对独立的模块有机地连接起来，完成模块之间的信息传递和通信。 3.。调节保证计算：在设计阶段就应计算出上述过度过程中最大转速上升值和最大压力上升值，工程上把计算称为调节保证计算。 4. 水击相长：由A端阀门导叶处发出的波到达B端水库后再由B端反射回到A端所需的时间称为水击的相，相长为来回的时间。 5. 直接水击：阀门(导叶)的关闭（开启）时间Ts≤2L/a ,在水库传来的反射波尚未到达时，发生的水击为直接水击。 补充：： 1间接水击：：阀门(导叶)的关闭（开启）时间Ts>2L/a ,发生的水击为直接水击。 2双调节：两个调速机构。 3协能关系:在双重调节的水轮机调节系统中，为了使系统稳定，高效，对可以调节的部分进行调节时符合的一定关系。作用:增加水轮机的高效率区的宽度，以适应负荷的变化。 4遮程：套筒孔口高度hs与阀盘高度hv之差的一半。 5频率调节：调速器受给定频率FG控制，直至机组频率等于给定频率 6频率跟踪：将网频作为调速器的频率给定值，直至机组频率与频率给定值一样。 7指令信号：机组并网后希望能迅速增加其出力，这是通过调整调速器的功率给定来实现的，功率给定信号就是指令信号，其时间就是指令信号时间。 8升速时间Tn：甩负荷后机组转速自导叶开始动作到最大转速所经历的时间。 9水轮机调节系统动态特性： 10水轮机调节系统的参数整定： 11.稳定域： 简述题: 2.试述水轮机调节的基本任务和其特点、 基本任务：根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出。并维持机组转速频率在规定的范围内。这就是水轮机

水轮机课程设计

目录 第一章基本资料 (1) 第二章机组台数与单机容量的选择 (2) 第三章水轮机主要参数的选择与计算 (5) 第四章水轮机运转特性曲线的绘制 (10) 第五章蜗壳设计 (13) 第六章尾水管设计 (17) 第七章心得体会 (20) 参考文献 (20) 第一章基本资料 基本设计资料 黄河B水电站是紧接L水电站尾水的黄河上游的一个梯级水电站。水库正常蓄水位2452 m，电站总装机容量4200 MW，额定水头205 m。 经水能分析，该电站有关动能指标如表1所示： 表1 动能指标 第二章机组台数与单机容量的选择 水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。根据已确定的装机容量，就可以拟定可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵循如下原则： 机组台数与工程建设费用的关系 在水电站的装机容量基本已经定下来的情况下，机组台数增多，单机容量减小。通常小机组单位千瓦耗材多、造价高，相应的主阀、调速器、附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，整体设备费用高。另外，机组台数多，厂房所占的平面尺寸也会增大。一般情况下，台数多对成本和投资不利。因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用

机组台数与设备制造、运输、安装以及枢纽安装布置的关系 单机容量大，可能会在制造、安装和运输方面增加一定的难度。然而，有些大型或特大型水电站，由于受枢纽平面尺寸的限制，总希望单机容量制造得大些。 机组台数对水电站运行效率的影响 水轮机在额定出力或者接近额定出力时，运行效率较高。机组台数不同，水电站平均效率也不同。机组台数较少，平均效率越低。机组台数多，可以灵活改变机组运行方式，调整机组负荷，避开低效率区运行，以是电站保持较高的平均效率。但机组台数多到一定程度，再增加台数对水电站运行效率增加的效果就不显着。当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率。当水电站担任系统尖峰负荷并且程度调频任务时，由于负荷经常变动，而且幅度较大，为使每台机组都可以在高效率区工作，则需要更多的机组台数。 另外，机组类型不同，高效率范围大小也不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。对于高效率工作区较窄的，机组台数应适当多一些。轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽，台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。 机组台数与水电站运行维护的关系 机组台数多，单机容量小，水电站运行方式较灵活机动，机组发生事故停机产生的影响小，单机轮换检修易于安排，难度也小。但台数多，机组开、停机操作频繁，操作运行次数随之增多，发生事故的几率也随之增高，对全厂检修很麻烦。同时，管理人员多，维护耗材多，运行费用也相应提高。故不能用过多的机组台数。 机组台数与其他因素的关系 对于区域电网的单机：装机容量较小≯15%系统最大负荷（不为主导电站）；装机容量较大≯10%系统容量(系统事故备用容量)，因而，单机容量与台数选取不受限制。 根据设计规范要求，机组单机容量应以水轮机单机运行时其出力在机组的稳定运行区域范围内确定为原则。不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域如表1。 表2 不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域

水轮机作业

第1章 概论 （一） 单项选择题 1．水轮机的工作水头是（ ）。 （A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。 4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。 （三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97.0=g η，求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 310650?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率%92=η，求水轮机的工作水头与出力。 第2章 水轮机的工作原理 （一） 单项选择题 1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v （B ）轴面分量m v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等 （B ）不相等 3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。 （A ）进口环量必须大于0 （B ）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度 （B ）相对速度 5．法向出口是指（ ）。 （A ）出口水流的绝对速度是轴向的 （B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题 1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。 2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。

计水轮机尾水管回收能量的认识与尾水管简单设计

对水轮机尾水管回收动能机理的认识 一、水轮机的尾水管的作用 1、将转轮出口的水流平顺地引向下游。 2、利用下游水平面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空，从而利用转轮的吸出高度。 3、回收转轮出口的水流动能，将其转换为转轮出口处的动力真空，减少了转轮出口的动能损失，从而提高水轮机效率。 二、水轮机尾水管的工作原理 由能量平衡方程： 设转轮所利用的水流能量为ΔE △Ｅ= 取2—2断面为基准面，则

△Ｅ=( ) (1) （1）转轮出口没有装置尾水管 水轮机没有装置尾水管，转轮出口直接与大气相通，则 代入（1）式可得转轮所利用的能量为 （2）转轮出口装置圆柱形尾水管（如图所示） 取5—5断面为基准面，对2—2，5—5断面列能量平衡方程式， 则： 由于圆柱形尾水管出口断面面积相等， 代入上式化简得： 代入（1）式可得转轮所利用的能量为： （3）转轮出口装置扩散形尾水管 同转轮出口装置园柱形尾水管一样列能量平衡方程式，则 a p p =2()) 2(2022 1-?+-=?E h g H d υ 5 225 5 22 2 202-?++ + =+ ++h g p g p h H s υγ υγ ())2(5022 2-?+-+=?E h g H H s d υ2 2 2 + ++p h H s υ()) 2( 2022 1-?+-=?E h g H d υ())2(502 2 2-?+-+=?E h g H H s d υ

式中 由于扩散形尾水管 ,则： = 代入（1）式可得转轮所利用的能量为： 由以上可以看出： 结论： (1) 没有装置尾水管时，转轮只利用了电站总水头的部分，同时损失掉转轮出 口水流的全部动能 (2) 装置圆柱形尾水管时，与没有装置尾水管相比，此时转轮多利用了 的能量。 这一多出部分称之为静力真空，它是在圆柱形尾水管作用下，转轮出口处不再是大气压而是相应的负压，由于负压存在相当于增加了作用在转轮两 端的压力差。但水轮机仍然损失掉转轮出口水流的全部动能 (3) 装置扩散形尾水管时，除多利用了 的能量外，由于尾水管出口断面的扩散 作用，转轮出口处的流速由 降低到 ，与没有装置尾水管相比，又多 利用了部分的能量。这一部分称之为动力真空，它是在扩散形尾水 ())2( 5025 3-'?+-+=?E h g H H s d υ

水轮机选型设计

第六章水轮机选型设计 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 水轮机由于它自身能量特性、汽蚀特性和强度条件的限制，每种水轮机适用的水头和流量范围比较窄，要作出很多系列和品种（尺寸）的水轮机，设计、制造任务繁重，生产费用和成本也大。因此有必要使水轮机生产系列化、标准化和通用化，尽可能减少水轮机系列，控制系列品种，以便加速生产、降低成本。在水电站设计中按自己的运行条件和要求选择合适的水轮机。 一、水轮机选型设计的任务及内容 1．任务 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 2．内容 (1) 确定机组台数及单机容量 (2) 选择水轮机型式（型号）及装置方式 (3) 确定水轮机的额定功率、转轮直径D1、同步转速n、吸出高度H s、安装高程Z a 、飞逸转速、轴向水推力；冲锤式水轮机，还包括喷嘴数目Z0、射流直径d0等。 (4) 绘制水轮机运转特性曲线 (5) 估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装置选择 (6) 根据选定水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终由双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。 二、选型设计 1．水轮机选型设计一般有三种基本方法 (1) 水轮机系列型谱方法: 中小型水电站水轮机选多此种方法或套用法。

水轮机复习题

水轮机训练（一） 一、选择题 1．水轮机的效率η（） (A)>1; (B)<1; (C)=1; (D)≤1。 2．水轮机是实现（）转换的主要部件。 （A）水能；（B）电能；（C）动能；（D）机械能。 3．水斗式水轮机属于（）水头水轮机。 （A）低；（B）高； (C)中；（D）中高。 4．可逆式水力机组主要作用是（） （A）调频；（B）调相；（C）生产季节性电能；（D）削峰添谷。 5．目前水头大于700m时，惟一可采用的一种机型是（）。 （A）混流式水轮机；（B）轴流转浆式水轮机；（C）斜流式水轮机；（D）水斗式水轮机。6．水斗式水轮机与混流式水轮机相比较，其特点是（）。 （A）适用高水头，打流量；（B）平均效率高；（C）应用水头范围窄；（D）结构简单，工程造价低。 7．水斗试水轮机喷管相当于反击型水轮机的（）。 （A）导水机构；（B）导叶操作机构；（C）导叶；（D）泻水锥。 8．反击式水轮机能量转换主要是（）。 （A）水流动能的转换；（B）水流势能的转换；（C）水流压力的转换；（D）水头损失和压力的转换。 9．属于水轮机排水部分的是（）。 （A）尾水管；（B）导轴承；（C）止漏装置；（D）蜗壳。 10．水轮机的设计水头是（）。 （A）水轮机正常运行水头；（B）水轮机发出额定出力的最低水头；（C）水轮机发出最大出力的最低水头；（D）保证水轮机安全、稳定运行的最低工作水头。 11．ZD510-LH-180属于（）水轮机。 （A）轴流转桨式；（B）轴流定桨式；（C）混流式；（D）斜流式。 12．SF表示（）。 （A）水轮发电机；（B）气轮发电机；（C）立式发电机；（D）卧式发电机。 13．不属于反击式水轮机的是（）。

水轮机调节

1、反应电能质量指标：电压和频率。 2、水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一规定的范围内而进行的调节。 3、水轮机调节系统由调节对象和调速器组成。调节对象有引水系统、水轮机、发电机和电力系统。。 4、Kf 越大，或者δf 越小，或者转速死区越小，离心摆的灵敏度越高。 5、系统越稳定:TW 越小、TA 越大、en 越大、TD 越大、bp 越大 6、Tw 大则应增加bt 以减小水击。，Ta 小则应增加bt 以减小转速变化值。 7、水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程，方法是利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差调整水轮机导叶或喷针开度使水轮机动力距和发电机阻力距及时回复平衡从而使转速和频率保持在规定范围内。 8、水轮机调节的特点：自动调节系统、一个复杂非线性控制系统、有较长引水管道开启或关闭导叶时压水管道产生水击、随电力系统容量的扩大和自动化水平的提高对水轮机调速器的稳定性，速度性，准确性要求高。 9、调速系统的组成：被控对象，测量元件，液压放大元件，反馈控制元件。 10、引导阀的作用：把转动套的位移量的变化变转变为压力油的流量的变化，去控制辅助接力器活塞的运动。 11、硬反馈又称调差机构或永态转差机构，输出信号与输入信号成比例的反馈称为硬反馈或比例反馈。用于实现机组有差调节，以保证并网运行的机组合理地分配负荷。 12、软反馈又称缓冲装置或暂态转差机构或校正元件，只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈位移自动消失，这种反馈称为软反馈或暂态反馈。作用是提高调节系统的稳定性和改善调节系统的品质。 13、硬反馈的作用：实现机组有差调节保证并网运行的机组合理非配负荷。 14、硬反馈的组成：反馈椎体、反馈框架、螺母、螺杆、转轴、传动杆件。 15、软反馈的作用：提高调节系统的稳定性，改善调节系统的品质。 16、缓冲装置的组成：壳体，主动活塞组件，从动活塞组件，针塞组件，弹簧盒组件。 17、 18、调差机构的作用：用于改变机组静特性斜率，确定并列运行机组之间负荷的分配，防止负荷在并列运行机组之间来回窜动。 19、调差机构的组成：螺母，螺杆，反馈框架，转轴 20、转速调整机构的作用：当机组单机运行时用于改变机组转速，当机组并列于无穷大电网运行时用于改变机组所带的负荷。 21、转速调整机构的组成：手轮、螺杆、螺母。 22、调节系统的静特性：统节系统处于平衡状态时机组转速与发电机出力之间的关系。 23、调节规律的输出信号接力器位移y 与输入信号转速x 之间的关系称为调节规律。PI ：比 例积分型S K K S G I P PI /)(+=，PID 比例积分微分型s K s K K s G D I P PID ++=/)( 24、 bp 与调节系统的构造有关，与机组特性和运行水头无关。 ep 与两者都有关。 25、调速器的典型环节：比例环节、积分环节、理想微分环节、实际微分环节、惯性环节。 26、按元件结构不同分为：手动、电动、机械液压型、电气液压型、微机调速器； 27、按容量分为：特小型、中小型、大型调速器； 28、按执行机构不同分为：单调节（混流，轴流定浆式）、双调节调速器（轴流转浆，贯流转浆，冲击式）； 29、按调节规律：PI 型，PID 型 30、按所有油压装置和主接力器设置情况分为：整体式和分离式。 31、离心摆工作原理:当离心摆在额定转速时，如果转速增加则离心力增大，重块外张使转动套升高；反之则转动套下降，这样，离心摆转速的变化就以转动套位置的高低反映出来 32、离心摆的作用：将机组转速偏差信号按比例装换成装套的位移信号，传递给引导阀。 33、离心摆静特性：离心摆静态方程式表示在稳定工况时，离心摆的转速几乎与转动套行程之间的对应关系。 34、离心摆的输出量转动套位移与输入量转速偏差时成比例的。

水轮发电机选择

水轮发电机的选择计算 一、 发电机型式的选择 水轮发电机按其轴线位置可分为立式布置和卧式布置两类，大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于中小型机组及贯流式机组。本电站采用立式布置，立式布置又分为悬式和伞式两种。悬式布置和伞式布置的适用条件，查参考【2】P 149表3-1，悬式适用于转速大于150/min r ，伞式适用于转速小于150/min r 。因为水轮机的标准转速为166.7r/min ，所以水轮发电机选用悬式布置。水轮发电机的冷却方式采用径向通风密闭式空气循环冷却。 二、 主要尺寸估算 待选水轮发电机的有关参数如下： 发电机型式：悬式 标准转速：166.7r/min 磁极对数：18 外形尺寸计算如下： 1、极距τ 根据统计资料分析,极距与每极的容量关系如下: 42p s K f j =τ cm 参考【2】P 159公式3-2 式中 9 ,,,10~8,:18 ;:); (:本设计中取线速度高的取上限容量大一般为系数磁极对数发电机额定容量j f K P p KVA s = f s =N f ／cos ＆, cos ＆为功率因数角，取cos ＆取0.875。 f s =247423／ 0.875=282769KV A 。 4 18 *2282769 *9=τ=84.73 cm

由上求出τ后,尚应校核发电机在飞逸状态下,转子飞逸线速度V f 是否在转子材料允许范围内。 V K V f f = 参考【2】P 160公式3-3 式中 飞逸线速度 秒时在数值上等于极距周当频率转子额定线速度的比值确定与额定转速机组的飞逸转速与水轮机型式有关或按飞逸系数:;/50,:;,:f e f f V f V n n K τ= f K = f n ／e n =308.4／166.7=1.85; V =τ=84.73 cm. V K V f f ==1.85*84.73=156.75m ／s 查参【2】P 160，转子磁轭的材料用整圆叠片。 2、定子内径i D 计算公式： τπ p D i 2== 3.784*18 *2π =971.43 cm 参考【2】P 160公式3-4 3、定子铁芯长度t l 计算公式： e i f t n CD S l 2= cm 参考【2】P 160公式3-5 式中： 冷却方式为空冷 取表见参考系数定子内径额定转速发电机额定容量,107,53]2[,:); (:);(:); (:6160-?=-C P C cm D rpm n KVA S i e f .7 166*3.4971*107282769 26-?= t l =256.79 cm

水轮机调节作业及参考答案

作业一： 1.简述水轮机调节的基本任务、实现水轮机调节的方法和途径。 答：水轮机调节的基本任务：保证频率在规定范围内，根据电力系统负荷的变化不断调节水轮发电机的有功输出，维持转速在规定范围内。调节途径： 改变喷针开度，使水轮机的动力矩和发电机阻力矩平衡，使转速和频率保持在规定范围。实现水轮机调节的途径就是改变水轮机导叶的开度。 2.水轮机调速器从不同的角度有不同的分类方法。调速器按元件结构的不同可分为哪几种？ 按执行机构的数目可分为哪几种？按调节规律、按工作容量、按反馈的位置又可分为哪几种？ 答：（1）按元件结构分为机械液压和电气液压，其中，电气液压又分为模拟电气液压和数字电气液压（2）按系统结构分为辅助接力器型、中间接力器型和调节型（3）按照控制策略分为PI（比例+积分）调节型，PID（比例+积分+微分）调节型和智能控制型（4）按执行机构数目分为单调节调速器和双调节调速器（5）按工作容量分为大型、中型、小型、特小型。 3.调速器型式解释： （1）T-100 机械液压式单调节调速器工作容量为100N.M (2)TT－300机械液压式特小型单调节调速器工作容量为300N.M (3)YT-600机械液压式中小型单调节调速器工作容量为600N.M (4)WST-1000-4.0微积式特小型双调节调速器额定工作率为4，工作容量为1000N.M 作业二： 1.电液调速器由哪几个部分组成？测频回路的作用是什么？有哪几种型式的测频回 路？人工失灵区的意义何在？ 答：电液调速器由三部分组成：传感器，主调速器（505），TM-25LP执行机构。测频回路：利用电容元件C和电感元件L组成的谐振回路，相当机械调速器中飞摆的作用。送至信号综合回路达到控制水轮机、实现机组自动调节的目的。测频回路四种型式：A:永磁机----LC 测频回路，B：发电机残压----脉冲频率测量回路，C：齿盘磁头----脉冲频率测量回路，D：发电机残压----数字测频电路。 人工失灵区的意义：可以实现当系统频差在该段范围内该机组基本上不参加调节，从而起着固定负荷的作用，即人为地造成失灵区。以利于机组稳定的承担基本负荷，也有利于电力系统的运行。但当系统频率偏差较大，即超过该段范围时，则机组仍保持原来静特性的斜率，使机组有效的参加调解。 2.电液调速器中，连接电气部分和机械液压部分的关键元件是什么？它的作用是什 么？ 答：电液转换器。作用：将电气部分输出的综合电气信号，转换成具有一定操作力和位移量的机械位移信号，或转换成为具有一定压力的流量信号。 作业三： 1.和模拟电调相比，微机调速器的优点何在？